基于复合超表面结构的太赫兹极化调控器件研究

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随着5G时代的到来,无线通信技术在各个领域所展现出来的重要性也愈发明显,人们希望可以对电磁波实现更高要求的调控,其中对电磁波的极化调控正是国际上讨论的热点话题。传统结构的极化器件受限于制备材料的尺寸,加工难度,工作损耗等,并不能够很好的应用在太赫兹频段。超表面是一种基于超材料而产生一种特殊超材料,是人为设计的亚波长散射单元的微结构,通过金属-介质结构的阵列排布实现对电磁波的调控,其电磁特性参考了超材料理论,但能够比超材料功能更加强大,且制备简单,损耗极低,其优点突出,因此更适用于大规模的应用。本文基于反射型超表面,设计了一种复合超表面结构的极化调控器件,具有超宽带宽,以及高品质的极化转化性能等优点。此外,本文还基于肖特基二极管的电流特性,提出了一种动态可调控的极化调控器件,在超宽带宽实现了对极化器极化性能的动态调控。最后本文重点提出了一种基于复合超表面极化调控器件的雷达散射截面(RCS)编码序列,其RCS缩减效果突出。本文的主要工作如下:基于双平行线结果的超表面极化结构,提出一种双平行线复合超表面极化结构,该复合周期结构的超表面极化转换器件相比较单一的金属或周期介质结构,带宽得到了明显的提高,性能也得到了改善,在单层周期结构的基础上实现了宽带和高效率的极化转换。设计了一种将肖特基二极管集成到超表面的动态极化结构,利用肖特基二极管的加载,实现了动态极化超表面在极化模式与非极化模式的自由转换。在极化模式下,可以实现超宽带的极化转换;非极化模式下则几乎没有出现极化现象。针对复合超表面极化结构,提出了一种全新的RCS编码序列,该编码方式应用到复合超表面极化器单元后,可以将入射到超表面的电磁波以非常多的散射波的形式发射出去,因此入射进来的能量就会被分散到各波束,在120GHz-330GHz的频率范围内RCS缩减量超过了20dB,且最大缩减量达到了30.9dB,实现了性能优异的RCS缩减。
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